Pemanfaatan Abu Terbang Untuk Mengurangi Limbah Terbuang Pltu dengan Teknologi High Volume Fly Ash (Hvfa) Concrete

Gratis

12
158
77
2 years ago
Preview
Full text
LAPORAN TAHUN I PENELITIAN HIBAH BERSAING PEMANFAATAN ABU TERBANG UNTUK MENGURANGI LIMBAH TERBUANG PLTU DENGAN TEKNOLOGI HIGH VOLUME FLY ASH (HVFA) CONCRETE Tahun ke-1 dari rencana 3 tahun Tim Peneliti Ketua : Mochamad Solikin (0617127201) Anggota : Budi Setiawan (0622056901) UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA November, 2014 Dibiayai oleh Koordinasi Perguruan Tinggi Wilayah VI, Kementarian Pendidikan dan Kebudayaan RI, sesuai dengan surat perjanjian pelaksanaan Hibah Penelitian nomor: 007/K6/KL/SP/PENELITIAN/2014, tanggal 8 Mei 2014 Daftar Isi HALAMAN PENGEHAHAN ........................................................................................................................ ii Daftar Isi ................................................................................................................................................. iii DAFTAR TABEL ........................................................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................................... vi Ringkasan ............................................................................................................................................. viii I. PENDAHULUAN ............................................................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ......................................................................................................................... 1 1.2. Perumusan masalah ................................................................................................................ 3 1.3. Tujuan penelitian .................................................................................................................... 3 1.4. Manfaat khusus penelitian. .................................................................................................... 3 1.5. Keutamaan penelitian ............................................................................................................. 4 1.6. Luaran penelitian. ................................................................................................................... 4 II. TINJAUAN PUHTAKA ........................................................................................................................ 5 2.1. Pustaka yang relevan .............................................................................................................. 5 2.2. Htudi pendahuluan .................................................................................................................. 7 2.3. Fly ash/ abu terbang ............................................................................................................... 8 2.4. Beton ..................................................................................................................................... 10 2.5. Peta jalan penelitian (road map research) ............................................................................ 12 III. TUJUAN DAM MANFAAT PENELITIAN ....................................................................................... 14 3.1. Tujuan penelitian .................................................................................................................. 14 3.2. Manfaat khusus penelitian. .................................................................................................. 14 IV. METODE PENELITIAN ................................................................................................................ 15 4.1. Pendahuluan ......................................................................................................................... 15 4.2. Uraian penelitian tahun pertama ......................................................................................... 16 4.3. Lokasi penelitian ................................................................................................................... 18 4.4. Bahan penelitian ................................................................................................................... 18 9. Air kapur .................................................................................................................................... 22 4.5. Peralatan penelitian .............................................................................................................. 22 4.6. Pengujian agregat yang digunakan dalam penelitian ........................................................... 28 3.6.1. Pengujian Agregat Halus .............................................................................................. 28 3.6.2. Pengujian Agregat kasar ............................................................................................... 32 4.7. Pembuatan dan perawatan beton ........................................................................................ 34 4.8. Pengujian karakteristik mekanik beton. ............................................................................... 39 iii | P a g e 4.9. V. Ringkasan standar penelitian ................................................................................................ 43 HAHIL PENELITIAN ......................................................................................................................... 44 4.1. Hasil analisa material ............................................................................................................ 44 4.1.1. Hasil analisa semen portland......................................................................................... 44 4.1.2. Hasil analisa fly ash....................................................................................................... 44 4.1.3. Hasil analisa agregat halus ............................................................................................ 45 4.1.4. Hasil analisa agregat kasar ............................................................................................ 47 4.2. Hasil rancangan campuran beton ......................................................................................... 49 4.3. Hasil pengujian sifat mekanik beton ..................................................................................... 50 4.3.1. Pengujian Kuat tekan beton .......................................................................................... 50 4.3.2. Pengujian Kuat tarik belah beton .................................................................................. 53 4.3.3. Pengujian Kuat lentur beton .......................................................................................... 55 4.4. Hasil pengujian durabilitas beton ......................................................................................... 57 4.4.1. Pengujian berat volume beton ....................................................................................... 57 4.4.2. Pengujian serapan air beton .......................................................................................... 58 4.4.3. Pengujian perendaman beton dengan air garam ............................................................ 60 4.4.4. Pengujian perendaman beton dengan larutan asam sulfat ............................................. 61 VI. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA ............................................................................................ 64 6.1 Data hasil penelitian tahun pertama .......................................................................................... 64 6.2 Rencana penelitian tahun kedua ................................................................................................ 64 VII. KEHIMPULAN DAN HARAN ......................................................................................................... 65 7.1. Kesimpulan ............................................................................................................................ 65 7.2. Haran ..................................................................................................................................... 66 DAFTAR PUHTAKA ................................................................................................................................. 68 Lampiran Peratalatan/prasarana yang diperlukan dalam penelitian .............................................. 70 Lampiran Husunan Organisasi Tim Peneliti/Pelaksana dan Pembagian Tugas ................................. 71 LAMPIRAN RANCANGAN CAMPURAN BETON .................................................................................. 72 HAHIL PENGUJIAN FLY ASH................................................................................................................ 82 Lampiran publikasi Jurnal Internasional ........................................................................................... 93 Lampiran draft publikasi jurnal nasional......................................................................................... 100 iv | P a g e DAFTAR TABEL Tabel II-1 Senyawa Kimia pada Fly ash ................................................................................................. 8 Tabel II-2 Kelebihan dan kekurangan beton ......................................................................................... 10 Tabel IV-1 Matrix benda uji penelitian tahun pertama ......................................................................... 17 Tabel IV-2 Persen Butir Lewat Ayakan (%) untuk Agregat dengan Butir Maksimum 20 mm ............ 32 Tabel IV-3 Gradasi agregat kasar (SNI 03-2834-2000) ........................................................................ 33 Tabel IV-4. Nilai faktor k ..................................................................................................................... 34 Tabel IV-5 Nilai deviasi standar (S) (Wuryati, 2001)........................................................................... 34 Tabel IV-6 Penetapan nilai slump adukan beton .................................................................................. 35 Tabel IV-7 Perkiraan kadar air bebas yang dibutuhkan untuk beberapa tingkat kemudahan pengerjaan beton...................................................................................................................................................... 36 Tabel IV-8 Standart Penelitian .............................................................................................................. 43 Tabel V-1 Hasil analisa fly ash ............................................................................................................. 44 Tabel V-2 Hasil Pengujian Agregat Halus ............................................................................................ 45 Tabel V-3 Hasil Pengujian Gradasi Agregat Halus .............................................................................. 46 Tabel V-4 Hasil Pengujian Agregat Kasar ............................................................................................ 47 Tabel V-5 Hasil Pengujian Gradasi Agregat Kasar .............................................................................. 48 Tabel V-6 Rancangan campuran beton ................................................................................................. 50 Tabel V-7 Analisis Perhitungan Kuat Tekan Beton Normal ................................................................ 50 Tabel V-8 Analisis Perhitungan Kuat Tekan Beton yang Dicampur dengan Fly ash dari PLTU Jepara .............................................................................................................................................................. 50 Tabel V-9 Analisis Perhitungan Kuat Tekan Beton yang Dicampur dengan Fly ash yang berasal dari UD Sinar Mandiri Mojosongo .............................................................................................................. 51 Tabel V-10 Analisis Perhitungan Kuat Tarik Belah Beton ................................................................... 53 Tabel V-11 Analisis Pengujian Kuat lentur Beton................................................................................ 55 Tabel V-12 Analisis Berat Isi Beton ..................................................................................................... 57 Tabel V-13 Analisis Serapan Air Beton ............................................................................................... 58 Tabel V-14 Hasil pengujian kuat tekan rata-rata beton pada perendaman air garam. ......................... 60 v|Page DAFTAR GAMBAR Gambar II-1 Perbedaan bentuk partikel fly ash dan slag ........................................................................ 6 Gambar II-2 peta jalan penelitian.......................................................................................................... 13 Gambar IV-1Rencana tahapan penelitian ............................................................................................. 15 Gambar IV-2 Urutan kegiatan penelitian tahun I.................................................................................. 16 Gambar IV-3 Semen Portland jenis PPC merk Semen Gresik ...................................................... 18 Gambar IV-4 Pasir untuk penelitian ..................................................................................................... 19 Gambar IV-5 Kerikil ............................................................................................................................. 20 Gambar IV-6 Fly ash ............................................................................................................................ 21 Gambar IV-7 Asam Sulfat .................................................................................................................... 21 Gambar IV-8 Garam ............................................................................................................................. 21 Gambar IV-9 Begisting/ cetakan beton ................................................................................................. 22 Gambar IV-10 Gelas ukur dalam penelitian ......................................................................................... 23 Gambar IV-11 Timbangan .................................................................................................................... 23 Gambar IV-12 Ayakan .......................................................................................................................... 24 Gambar IV-13 Mesin penggetar ........................................................................................................... 24 Gambar IV-14 Kerucut Abram’s........................................................................................................... 25 Gambar IV-15 Oven ............................................................................................................................. 25 Gambar IV-16 Desicator ....................................................................................................................... 26 Gambar IV-17 Molen pengaduk beton ................................................................................................. 26 Gambar IV-18 Bak perendaman ........................................................................................................... 27 Gambar IV-19 Hydraulic testing machine ......................................................................................... 27 Gambar IV-20 Cetok............................................................................................................................. 28 Gambar IV-21 Gelas ukur ..................................................................................................................... 28 Gambar IV-22 Grafik untuk menentukan factor air semen .................................................................. 35 Gambar IV-23 Grafik untuk menentukan prosentase agregat halus (Wuryati, 2001)........................... 37 Gambar IV-24 Pencetakan benda uji .................................................................................................... 38 Gambar IV-25 Perawatan benda uji ...................................................................................................... 38 Gambar IV-26 Uji kuat tekan pada kubus ............................................................................................ 40 Gambar IV-27 Uji kuat tarik pada silinder ........................................................................................... 40 Gambar IV-28 Uji kuat lentur pada balok ............................................................................................ 41 Gambar IV-29 Uji serapan air beton ..................................................................................................... 43 Gambar V-1 Grafik hubungan antara ukuran ayakan dan presentase lolos komulatif.......................... 46 Gambar V-2 Ayakan dan pasir.............................................................................................................. 47 Gambar V-3 Ayakan dan pasir.............................................................................................................. 48 Gambar V-4 Grafik hubungan antara ukuran ayakan dan presentase lolos komulatif.......................... 49 Gambar V-5 Pengujian kuat tekan beton .............................................................................................. 52 Gambar V-6 Grafik hubungan rata-rata kuat tekan beton dengan umur beton ..................................... 52 Gambar V-7 Diagram hasil rata-rata kuat tarik belah beton ................................................................. 54 Gambar V-8 Grafik hasil rata-rata kuat lentur beton ............................................................................ 56 Gambar V-9 Pengujian kuat lentur beton ............................................................................................. 56 Gambar V-10 Diagram hasil rata-rata berat isi beton ........................................................................... 58 Gambar V-11 Diagram hasil rata-rata serapan air beton ..................................................................... 59 vi | P a g e Gambar V-12 Hubungan antara kuat tekan rata-rata dengan variasi bahan tambah fly ash pada perendaman air garam ........................................................................................................................... 61 Gambar V-13 Hasil pengujian kuat tekan rata-rata beton pada perendaman air sulfat. ................. 62 Gambar V-14 Hubungan antara kuat tekan rata-rata dengan variasi bahan tambah fly ash pada perendaman air sulfat dan air tawar ...................................................................................................... 62 vii | P a g e Ringkasan Penelitian tentang Peningkatan Pemakaian Abu Terbang untuk Mengurangi Limbah Terbuang PLTU dalam Pembuatan High volume Fly ash (HVFA) Concrete memiliki tujuan jangka panjang yaitu mengurangi permasalahan limbah batu bara dan mengurangi pencemaran emisi gas rumah kaca dengan menurunkan pemakaian semen dalam pembuatan beton. Selain itu penelitian ini akan bermanfaat meningkatkan durabilitas beton karena sifat abu terbang yang telah terbukti meningkatkan durabilitas beton. Upaya peningkatan pemakaian abu terbang menggunakan teknologi High volume Fly ash (HVFA) Concrete dimana 50% bahan pengikat/ semen digantikan oleh abu terbang sehingga secara signifikan meningkatkan pemakaian abu terbang. Keunggulan HVFA concrete adalah, dalam pembuatan beton menggunakan cara yang identik dengan beton normal. Berdasarkan literatur HFVA concrete telah banyak dipakai dalam konstruksi bangunan dengan menggunakan abu terbang kelas F. Pada kenyataannya abu terbang yang ada di Indonesia sebagian besar adalah abu terbang kelas C. Oleh karenanya penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui sifat mekanik HVFA concrete dengan memanfaatkan fly ash kelas C dan material lokal dalam produksinya. Hasil penelitian menunjukkan, sifat mekanik High volume Fly ash Concrete lebih rendah dibandingkan sifat mekanik beton normal berdasarkan hasil pengujian kuat tekan, pengujian kuat tarik belah dan pengujian kuat lentur. Namun pemakaian high volume fly ash concrete menguntungkan dalam hal durabilitasnya berdasarkan pengujian serapan air, pengujian perendaman dalam larutan garam dan pengujian perendaman dalam larutan sulfat. Dengan demikian pemakaian fly ash kelas C dalam pembuatan HVFA concrete perlu perbaikan kandungan silika dalam fly ash dan perbaikan dalam rancangan campuran betonnya. Keywords: fly ash, high volume fly ash concrete, kuat tekan,kuat tarik, kuat lentur, durabilitas, larutan sulfat. viii | P a g e I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Abu batu bara adalah produk sampingan terutama dari pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) bertenaga batu baramerupakan partikel yang sangat halus dengan diameter antara 1 – 150 mikron meter dan berbentuk butiran bulat (Siddique, 2004 ). Abu bata bara meskipun merupakan produk sampingan namun memiliki kandungan silica (SiO2) yang tinggi sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan pozzolan pengganti sebagian atau seluruhnya terhadap bahan pengikat dalam pembuatan beton yaitu semen. Penggantian sebagian semen dalam jumlah yang signifikan dapat dilakukan dengan menggunakan teknologi HVFA concrete. HVFA adalah beton dimana setidaknya 50% jumlah semen sebagai bahan pengikat digantikan fly ash baik berupa kelas F fly ash maupun kelas C fly ash (Malhotra and Mehta, 2005). Abu terbang kelas F adalah abu terbang yang memiliki total kandungan silika (SiO2), alumina (Al2O3), dan feri oksida (Fe2O3) lebih dari 70%, Sedangkan abu terbang kelas C memiliki kandungan ketiga material antara 50% - 70%. Meskipun penggantian semen mencapai 50%, namun beton yang memiliki tetap memiliki kekuatan yang memenuhi persyaratan sebagai bahan konstruksi. Bahkan sifat durabilitas HVFA concrete meningkat apabila dibandingkan beton normal, beton yang menggunakan hanya semen sebagai bahan pengikat (Bilodeau and Malhotra, 2000). Teknologi ini pertama kali diperkenalkan oleh peneliti dari canmet, dan telah dibuktikan dengan dibangunnya beberapa bangunan yang memanfaatkan HVFA concrete namun didominasi oleh abu terbang kelas F. Pemanfaatan teknologi HVFA concrete akan menguntungkan dipandang dari sudut lingkungan karena akan menurunkan emisi gas CO2 yang dihasilkan dari pemakaian semen dalam beton. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa pemakaian semen dalam industry 1|Page konstruksi memberikan kontribusi sekitar 7% produksi CO2, gas penyebab utama efek rumah kaca dan pemanasan global (Malhotra, 1999). Sehingga pemakaian abu terbang akan menguntungkan disebabkan oleh peningkatan pemakaian limbah PLTU, penurunan pemakaian semen dan meningkatnya sifat propertis beton yang dihasilkan. Pemakaian fly ash di dalam beton memiliki kekurangan yaitu, beton memerlukan waktu yang lama dalam proses hidrasinya, sehingga sangat penting menjaga lingkungan beton tersebut agar reaksi pozzolan dapat berlangsung dengan sempurna. Beton yang mengandung abu terbang lebih sensitif terhadap perawatan beton yang kurang baik dibandingkan beton normal. Sensitifitas perawatan beton meningkat dengan meningkatnya kandungan abu terbang di dalam beton (Ramezanianpur and Malhotra, 1995). Dari kajian pustaka diperoleh, ada beberapa upaya yang dapat dilakukan untuk mengatasi permasalahan lambatnya kuat perkembangan kuat tekan beton untuk high volume fly ash concrete yaitu dengan pemakaian air kapur atau perawatan beton dengan pemanasan (Elsageer et al., 2009, Solikin et al., 2011). Indonesia adalah negara penting dalam produksi batu bara dunia, karena merupakan pengekspor tebesar batu bara untuk keperluan pembangkit listrik (Wulandari, 2013). Di Indonesia abu batu bara (abu terbang) yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga batu bara (PLTU) semakin meningkat setiap tahun. Hal ini disebabkan meningkatnya produksi listrik di Indonesia dan konversi pembangkit listrik berbahan minyak dan gas menjadi berbahan bakar batu bara. Pada tahun 2000 produksi abu terbang mencapai 250.000 Ton pertahun dan meningkat sebelas kali lipat pada tahun 2009 (Sufriady, 2010). Jenis abu terbang di Indonesia 85% nya adalah low rank fly ash (lignite dan sub bituminous), dimana jenis abu terbang ini akan menghasilkan abu terbang kelas C (Sule and Matasak, 2012, Suprapto, 2009). 2|Page Melihat potensi besar yang belum dimanfaatkan secara optimal dan manfaat nyata yang bisa diperoleh dengan pemanfaatan abu terbang ini, maka proposal penelitian ini dibuat untuk meninjau aspek perbaikan properties abu terbang kelas C agar optimal sebagai bahan HVFA concrete dengan teknik utama yaitu melengkapi bahan mineral yang diperlukan dalam proses hidrasinya. 1.2. Perumusan masalah Dari latar belakang yang disampaikan dapat dibuat perumusan masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah: 1. Seberapa jauh perbedaan sifat properties abu terbang kelas C yang tersedia di pasar Indonesia? 2. Bagaimana pengaruh pemakaian air kapur terhadap sifat properties HVFA concrete? 3. Bagaimana pengaruh pemakaian air kapur terhadap sifat durabilitas HVFA concrete? 1.3. Tujuan penelitian Tujuan dilakukannya penelitian tentang adalah yang terbagi menjadi 3 tahun penelitian, sedangkan tujuan penelitian pada tahun pertama adalah: Memperoleh kesimpulan sifat properties beton yang dihasilkan dengan melihat pengaruh sumber fly ash yang tersedia sebagai material High volume fly ash concrete untuk pembuatan beton mutu normal. 1.4. Manfaat khusus penelitian. Selain tercapainya tujuan penelitian, terdapat pula manfaat khusus yang akan dicapai setelah dilakukannya penelitian yaitu: 1. Meningkatnya studi pemanfaatan fly ash dalam jumlah yang signifikan untuk pembuatan beton. 2. Memberikan informasi tentang potensi pemanfaatan limbah abu terbang yang masih sedikit termanfaatkan. 3. Mengurangi permasalahan limbah batu bara. 4. Memperbaiki kualitas lingkungan dengan mengurangi secara signifikan pemakaian semen dalam pembuatan beton. 3|Page 1.5. Keutamaan penelitian Penelitian difokuskan pada penelitian fly ash kelas C, karena fly ash kelas C merupakan bagian terbesar dari fly ash yang ada di Indonesia. Sehingga pemanfaatan abu terbang dalam jumlah yang signifikan akan mengurasi permasalahan limbah pembakaran batu bara dan juga mengurangi pemakaian semen sebagai bahan pengikat beton. Penelitian ini akan membahas metode pemanfaatan abu terbang dalam jumlah yang signifikan khususnya untu kelas C dengan memperbaiki sifat properties abu terbang maupun memperbaiki proses hidrasi bahan pengikat sehingga dihasilkan beton dengan sifat mekanis yang sebanding dengan beton normal dan memiliki sifat durabilitas yang lebih baik. 1.6. Luaran penelitian. Luaran yang akan diperoleh setelah selesainya penelitian pada tahun I adalah: Pada tahun I penelitian akan difokuskan mempelajari sifat abu terbang kelas C dan mencari alternatif bahan yang sesuai untuk memperbaiki sifat abu terbang agar sesuai dipakai sebagai bahan High volume fly ash concrete. HVFA concrete yang dihasilkan ditujukan memiliki kekuatan (strength) yang sebanding dengan beton dengan kuat tekan normal. Luaran tahun pertama akan diseminasi dalam bentuk seminar nasional dan dipublikasikan dalam jurnal nasional. 4|Page II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pustaka yang relevan Semen yang ditemukan oleh Joseph Aspadin pada tahun 1824 adalah bahan pengikat komposit beton yang merupakan bahan utama dalam industri konstruksi (Oficemen, 2011). Data menunjukkan peningkatan yang tajam pemakaian semen dalam kurun waktu 4 dasawarsa terakhir hingga mencapai 21 milyar ton pertahun dewasa ini (Mehta, 1986, Mehta, 2004, Mehta and Meryman, 2009). Peningkatan jumlah pemakaian semen yang sangat besar menunjukkan bahwa beton merupakan bahan utama konstruksi bangunan. Disamping keuntungan yang diperoleh terdapat kerugian yang ditimbulkan akibat pemakaian beton sebagai bahan konstruksi ditinjau dari sisi lingkungan. Kerugian yang ditimbulkan adalah, dengan peningkatan jumlah pemakaian beton, jumlah emisi gas CO2 ke atmosfer juga meningkat (Flower and Sanjayan, 2007). Hal ini disebabkan setiap satu ton semen yang dipakai untuk membuat beton akan memproduksi sebanyak 0,99 ton gas karbon dioxide (CO2) (Humphreys and Mahasenan, 2002). Peningkatan emisi gas CO2 keatmosfer meningkatkan masalah efek rumah kaca dan menjadi penyebab peningkatan pemanasan global. Menurut Malhotra (1999), pemakaian semen dalam industri konstruksi secara global menyumbang 7% dari jumlah emisi gas CO2 yang disebabkan oleh aktivitas manusia. Untuk mengurangi efek buruk terhadap lingkungan dari pemakaian semen, maka upaya penggantian semen sebagai bahan pengikat beton baik seluruhnya maupun sebagian perlu didukung. Bahan pengganti semen yang saat ini sering digunakan adalah silica fume, copper slag dan fly ash (abu terbang), dimana abu terbang merupakan bahan pengganti yang paling luas dipakai saat ini (Kosmatka et al., 2003). Fly ash adalah produk sampingan terutama dari pembangkit listrik tenaga batubara merupakan partikel yang sangat halus dengan diameter antara 1 – 150 mikron meter dan berbentuk butiran bulat (Siddique, 2004 ). 5|Page Fly ash Slag Gambar II-1 Perbedaan bentuk partikel fly ash dan slag Salah satu teknologi pemanfaatan abu terbang yang mengurangi secara signifikan pemakaian semen dalam pembuatan beton dan menggunakan cara produksi yang identik dengan pembuatan beton normal adalah high volume fly ash concrete (HVFA). HVFA adalah beton dimana setidaknya 50% jumlah semen sebagai bahan pengikat digantikan fly ash baik berupa kelas F fly ash maupun kelas C fly ash (Malhotra and Mehta, 2005). Meskipun pemakaian fly ash akan menurunkan kekuatan awal beton, namun dengan masih berlangsungnya reaksi pozzolanic maka kekuatan beton beton akan meningkat dalam jangka waktu yang lama (Bilodeau and Malhotra, 2000, Nawy, 1996). Pemanfaatan abu terbang yang memiliki kandungan silika (SiO2) yang tinggi memberikan kontribusi positif terhadap proses hidrasi semen, karena Silika akan mengikat Ca(OH)2 untuk membentuk C-S-H gel yang membantu meningkatkan kekuatan beton. Seperti diketahui Ca(OH)2 adalah produk hidrasi semen yang memiliki sifat mudah larut dalam air dan memiliki kekuatan yang rendah (Oner et al., 2005). Dalam kenyataan pemakaian teknologi HVFA concrete lebih banyak memanfaatkan abu terbang kelas F (Malhotra and Mehta, 2005). Hal ini disebabkan, abu terbang kelas F memiliki kadar silika (SiO2) yang lebih tinggi dibandingkan abu terbang kelas C (ASTM C 618-03, 2003). Di Indonesia abu batu bara (abu terbang) yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga batu bara (PLTU) semakin meningkat setiap tahun. Hal ini disebabkan meningkatnya produksi listrik di Indonesia dan konversi pembangkit listrik berbahan minyak dan gas menjadi batu bara. Pada tahun 2000 produksi abu terbang mencapai 250.000 pertahun dan meningkat sebelas kali lipat pada tahun 2009 (Sufriady, 2010). Jenis fly ash di Indonesia 85% nya adalah low rank fly ash (lignite dan sub bituminous), dimana jenis fly ash ini akan menghasilkan abu terbang kelas C (Sule and Matasak, 2012, Suprapto, 2009). 6|Page Pemakaian fly ash di dalam beton memiliki kekurangan yaitu, beton memerlukan waktu yang lama dalam proses hidrasinya, sehingga sangat penting menjaga lingkungan beton tersebut agar reaksi pozzolan dapat berlangsung dengan sempurna. Beton yang mengandung abu terbang lebih sensitif terhadap perawatan beton yang kurang baik dibandingkan beton normal. Sensitifitas perawatan beton meningkat dengan meningkatnya kandungan abu terbang di dalam beton (Ramezanianpur and Malhotra, 1995). 2.2. Studi pendahuluan Dalam upaya memperbaiki kelemahan pemakaian abu terbang di dalam beton apalagi dalam jumlah yang cukup besar atau high volume fly ash (HVFA) concrete, maka telah dilakukan beberapa penelitian seperti: a. Penambahan bahan yang kaya akan kandungan silika dapat meningkatkan reaksi pozzolan abu terbang . b. Peningkatan kehalusan abu terbang sangat membantu meningkatkan kecepatan reaksi pozzolan di dalam abu terbang (Copeland et al., 2001, Xu, 1997). c. Penelitian tentang perawatan beton dalam jangka yang panjang akan menghasilkan kekuatan beton yang setara dengan beton normal setelh perawatan selama 91 hari (Hansen, 1990, Sivasundaram et al., 1990). d. Perawatan dengan meningkatkan suhu lingkungan menjadi 500C dapat mempercepat perkembangan kuat tekan HVFA concrete sehingga setara dengan beton normal pada umur 28 hari (Elsageer et al., 2009). e. Pemakaian air kapur sebagai air pencampur HVFA mortar dapat mempercepat perkembangan kuat tekan mortar dimana akan setara dengan mortar semen setelah 28 hari bahkan lebih tinggi setelah 56 hari (Solikin et al., 2011). Ada beberapa penelitian serupa yang pernah dilakukan oleh peneliti terdahulu antara lain : 1. Alex Kurniawandy, Zulfikar Djauhari, Elpin Tua Napitu Alex Kurniawandy, Zulfikar Djauhari, Elpin Tua Napitu (2011) dalam jurnal penelitian yang berjudul “Pengaruh Abu Terbang terhadap Karakteristik Mekanik Beton Mutu Tinggi”. Tujuan penelitian adalah melakukan kajian dengan variasi komposisi campuran abu terbang terhadap karakteristik mekanik beton mutu tinggi dengan parameter tinjauan adalah modulus elastis, nilai susut, kuat tekan dan kuat tarik belah. Melakukan kajian visualisasi antara beton yang mengandung fly ash dan beton normal dengan menggunakan Scanning Electronic Microscope (SEM). 2. P. Kumar Mehta 7|Page P. Kumar Mehta (2004) dalam jurnal yang berjudul “ High Performance High volume Fly ash Concrete for Sustainable Development”. volume tinggi fly ash sistem beton membahas isu yang keberlanjutan dan memungkinkan industri konstruksi beton untuk menjadi lebih berkelanjutan . Tinjauan singkat disajikan dari teori dan praktek dengan konstruksi campuran beton yang mengandung lebih dari 50 % fly ash oleh massa semen pada material. Mekanisme dibahas dimana penggabungan volume tinggi fly ash pada beton mengurangi kebutuhan air, meningkatkan workability, meminimalkan retak akibat susut termal dan pengeringan , dan meningkatkan daya tahan untuk Penguatan korosi, serangan sulfat, dan ekspansi alkali - silika . Untuk negara-negara seperti China dan India, teknologi ini dapat memainkan peran penting dalam memenuhi besar permintaan untuk infrastruktur secara berkelanjutan. 3. Inderpreet Kaur Inderpreet Kaur (2005) dalam thesis yang berjudul “ Mechanical Properties of high volume Fly ash (HVFA) Concrete Subjected to Elevated Temperature up to 120°C”. Tujuan dari penelitian ini digunakan menentukan karakteristik mekanik antara lain kuat tekan, kuat tarik, kuat lentur dan modulus elastisitas yang menggunakan campuran fly ash yang bervariasi antara 30%, 40%, dan 50% pada fly ash dengan suhu kamar yang berbeda antara 80°C, 100°C, dan 120°C. Perbedaan penelitian yang saya lakukan dengan penelitian yang sebelumnya adalah berbeda pada pengaruh perbedaan sumber fly ash dan cara pengujian pada berat volume dan serapan air beton serta tidak memperhatikan suhu kamar pada fly ash. 2.3. Fly ash/ abu terbang Fly ash (abu terbang) adalah bagian dari sisa pembakaran batu bara pada boiler pembangkit listrik tenaga uap dan industri yang berbentuk partikel halus dan bersifat pozzoland, berarti abu terbang tersebut dapat bereaksi dengan kapur pada suhu kamar (24°C27°C) dengan adanya media air membentuk senyawa yang sifatnya mengikat. Pada pembakaran abu batu bara pada pembangkit listrik tenaga uap terbentuk 2 jenis abu yaitu abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash). Partikel yang terbawa gas buang disebut fly ash (abu terbang) sedangkan abu yang tertinggi dan dikeluarkan dari bawah tungku disebut abu dasar. (Tjokrodimulyo, 1996) dalam (Suarnita, 2011). Fly ash (abu terbang) dapat dibedakan menjadi 3 jenis (ASTM C618-03) sebagai berikut: Tabel II-1 Senyawa Kimia pada Fly ash 8|Page Senyawa Kimia Oksida Silika (SiO2) + Oksida Alumina (Al2O3) + Oksida Besi (Fe2O3), minimum % Trioksida Sulfur (SO3), maksimum % Kadar air, maksimum % Kehilangan panas, maksimum % N 70 Kelas F 70 C 50 4 3 10 5 3 6 5 3 6 1.Keunggulan Penggunaan Fly ash (Abu Terbang) Penggunaan fly ash (abu terbang) dalam campuran beton memiliki berbagai keunggulan antar lain (Nugraha,Antoni, 2007:106) : a. Pada beton segar 1) Kehalusan dan bentuk partikel fly ash (abu terbang) yang bulat dapat meningkatkan workability. 2) Mengurangi terjadinya kelecakan. b. Pada beton keras 1) Konstribusi peningkatan kuat tekan beton pada umur setelah 52 hari. 2) Meningkatkan durabilitas beton. 3) Meningkatkan kepadatan (density) beton. 4) Mengurangi terjadinya penyusutan beton. 2. Kelemahan Penggunaan Fly ash (Abu Terbang) Kelemahan penggunaan fly ash (abu terbang) adalah (Suarnita, 2011:5) : a. Pemakaian abu terbang kurang baik untuk pengerjaan beton yang memerlukan waktu pengerasan dan kekuatan awal yang tinggi karena proses pengerasan dan penambahan kekuatan betonnya agak lambat yang disebabkan karena terjadi reaksi pozzoland. b. Pengendalian mutu harus sering dilakukan karena mutu fly ash (abu terbang) sangat tergantung pada proses (suhu pembakarannya) serta jenis batu baranya. 3. Sifat-Sifat Fly ash (Abu Terbang) Sifat-sifat abu terbang antara lain (Suarnita, 2011:3) : a. Warna Abu terbang berwarna abu-abu, bervariasi dari abu-abu muda sampai abu-abu tua. Makin muda warnanya sifat pozzolannya makin baik. Warna hitam yang sering timbul disebabkan karena adanya karbon yang dapat mempengaruhi mutu abu terbang. b. Komposisi Unsur pokok abu terbang adalah silikon dioksida SiO2 (30%-60%), aluminium oksida Al2O3 (15%-30%), karbon dalam bentuk batu bara yang tidak terbakar 9|Page (bervariasi hingga 30%). Kalsium oksida Cao (1%-7%) dan sejumlah kecil magnesium oksida MgO dan sulfur trioksida SO3. c. Sifat Pozzolan Sifat pozzolan adalah sifat bahan yang dalam keadaan halus dapat bereaksi dengan kapur padam aktif dan air pada suhu kamar (24°C-27°C) membentuk senyawa yang padat tidak larut dalam air. d. Kepadatan (density) Kepadatan abu terbang bervariasi, tergantung pada besar butir dan hilang pijarnya. Biasanya berkisar antara 2.43 gr/cc sampai 3 gr/cc. Luas permukaan spesifik rata-rata 225 m2/kg – 300 m2/kg. Ukuran butiran yang kecil kadang-kadang terselip dalam butiran yang besar yang mempunyai fraksi lebih besar dari 300 µm. e. Hilang pijar Hilang pijar menentukan sifat pozzolan abu terbang. Apabila hilang pijar 10% 20% berat kadar oksida kurang sehingga daya ikatnya kurang yang berarti sifat pozzolannya kurang. 2.4. Beton Beton adalah suatu campuran antar semen, agregat kasar, agregat halus dan air yang di campur menjadi satu dan biasanya ditambah dengan zat aditif seperti fly ash (abu terbang) yang digunakan untuk mengikat dan mengisi rongga-rongga pada agregrat kasar dan agregat halus. II.3.1. Kelebihan dan Kekurangan Beton Tabel II-2 Kelebihan dan kekurangan beton Kelebihan • Dapat dibuat dengan mudah • Mampu memikul beban yang berat • Tahan terhadap temperature yang tinggi • Biaya pemeliharaan yang kecil Sumber: (Mulyono 2004:4-5) • • • • Kekurangan Bentuk yang telah dibuat sulit diubah Berat Daya pantul suara yang besar Tegangan tarik rendah II.3.2. Sifat-sifat beton Menurut Subakti (1995:142) sifat-sifat beton adalah : a. Kedap air (watertight) 10 | P a g e b. Awet (durable) c. Tidak banyak mengalami penyusutan (shrinkage) d. Tidak retak-retak (crack) e. Tidak timbul karang beton (honeycombing) f. Tidak menjadi lapuk (efflorescence) g. Tidak pecah-pecah (Spaling) h. Permukaan halus tahan terhadap pengausan (abrasion) II.3.3. Parameter-parameter yang paling memenuhi kekuatan beton a. Kualitas semen b. Proporsi semen terhadap campuran c. Kekuatan dan kebersihan agregat d. Interaksi atau adhesi antara pasta semen dengan agregat e. Pencampuran yang cukup dari bahan-bahan pembentuk beton f. Penempatan yang benar, penyelesaian dan pemadatan beton g. Perawatan beton h. Kandungan klorida tidak melebihi 015 % dalam beton yang diekspos dan 1% bagi beton yang tidak diekspos (Nawy, 1985) dalam (Mulyono,2004). II.3.4. Kinerja beton Ada 3 kinerja beton yang dibutuhkan dalam pembuatan beton antara lain (Mulyono, 2004:6) : 1. Harus memenuhi kriteria konstruksi adalah dapat dengan mudah dikerjakan dan dibentuk serta mempunyai nilai ekonomis. 2. Kekuatan tekan. 3. Durabilitas (keawetan). II.3.5. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan beton a. Semen Menurut Mulyono (2004:19) semen merupakan bahan campuran yang secara aktif setelah berhubungan dengan dengan air. Sedangkan menurut SNI 15-2049-2004 semen portland adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak semen portland terutama yang terdiri atas kalsium silikat yang bersifat hidrolis dan digiling bersamasama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk Kristal senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambah lain. 11 | P a g e Bahan utama pembentuk semen Portland adalah kapur (CaO), silika (SiO3), alumina (Al2O3), sedikit magnesia (MgO), dan terkadang sedikit alkali. Untuk mengontrol komposisinya, terkadang ditambahkan oksida besi (Mulyono, 2004:27). b. Agregat Kandungan dalam suatu agregat dalam campuran beton biasanya sangat tinggi. Komposisi agregat tersebut berkisar 60%-70% dari berat campuran beton. Walaupun fungsinya hanya sebagai pengisi, tetapi karena komposisinya yang cukup besar, agregat ini pun menjadi penting. Agregat yang digunakan dalam campuran beton dapat berupa agregat alam atau agregat buatan (artificial aggregates). Secara umum agregat dapat dibedakan berdasarkan ukurannya, yaitu agregat kasar dan agregat halus. Batas ukuran agregat halus dan ukuran kasar yaitu 4,8 mm (British Standard) atau 4,75 mm (Standar ASTM). Agregat kasar adalah batuan yang ukuran butirnya lebih besar dari 4,8 mm (4,75mm). Sedangkan agregat halus adalah batuan yang lebih kecil dari 4,8 mm (4,75 mm). Agregat yang biasanya dibuat dalam suatu campuran beton biasanya berukuran lebih kecil dari 40mm (Mulyono, 2004:65). c. Air Air diperlukan dalam pembuatan beton untuk memicu proses kimiawi semen, membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Air yang mengandung senyawa-senyawa yang berbahaya, yang tercemar garam, minyak, gula, atau bahan kimia lainnya, bila dipakai dalam campuran beton akan menurun kualitas beton. Air yang berlebihan dalam suatu campuran beton akan menyebabkan banyaknya gelembung air setelah proses hidrasi selesai, sedangkan air yang terlalu sedikit akan menyebabkan proses hidrasi tidak tercapai seluruhnya, sehingga akan mempengaruhi kekuatan beton. (Mulyono, 2004:51). 2.5. Peta jalan penelitian (road map research) Untuk memperjelas tahapan penelitian dan target yang hendak dicapai pada setiap tahapannya, maka dibuatlah peta jalan penelitian yang memuat tahapan penelitian yang akan dilakukan selama 9 tahun. 12 | P a g e 2014 2015 High volume fly ash concrete (HVFA concrete) Normal strength High strength concrete concrete Materials of research - Fly ash from 3 different sources - Three levels of strength of concrete - Two addition materials i.e : o Lime water for class F fly ash o High silica material and lime water for class C Fly ash Test of HVFA concrete - Properties of fresh concrete - Mechanical properties of the concrete - Durability properties of the concrete - Bonding test / structural test - Shrinkage and creep test - Leaching test 2016 2017 Application of HVFA concrete Self compacting concrete (SCC) Materials for research - Fly ash from 3 different sources - Three levels of strength of concrete - Additional of fibre - Two addition materials, same as in HVFA concrete 2018 Precast concrete Foamed concrete Materials for research - Fly ash from 3 different sources - Two levels of strength of concrete - Two addition materials, same as in HVFA concrete - Fly ash from 3 different sources - Three levels of strength of concrete - Additional of fibre - Two addition materials, same as in HVFA concrete Test method - Properties of fresh concrete - Mechanical properties of the concrete - Durability properties of the concrete - Bonding test / structural test - Shrinkage and creep test - Leaching test 2019 2020 2021 Geopolymer concrete and its application Materials of research - Fly ash from 3 different sources - Three levels of strength of concrete - Two addition materials i.e : o First alkali liquid for class F fly ash o Second alkali liquid for class C Fly ash Included Application Test method - Properties of fresh concrete - Mechanical properties of the concrete - Durability properties of the concrete - Bonding test / structural test - Shrinkage and creep test - Leaching test Gambar II-2 peta jalan penelitian 13 | P a g e 2022 Recommendation for utilization of fly ash in Indonesia III. TUJUAN DAM MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan penelitian Tujuan dilakukannya penelitian tentang adalah yang terbagi menjadi 3 tahun penelitian, sedangkan tujuan penelitian pada tahun pertama adalah: Memperoleh kesimpulan sifat properties beton yang dihasilkan dengan melihat pengaruh sumber fly ash yang tersedia sebagai material High volume fly ash concrete untuk pembuatan beton mutu normal. 3.2. Manfaat khusus penelitian. Selain tercapainya tujuan penelitian, terdapat pula manfaat khusus yang akan dicapai setelah dilakukannya penelitian yaitu: 5. Meningkatnya studi pemanfaatan fly ash dalam jumlah yang signifikan untuk pembuatan beton. 6. Memberikan informasi tentang potensi pemanfaatan limbah abu terbang yang masih sedikit termanfaatkan. 7. Mengurangi permasalahan limbah batu bara. 8. Memperbaiki kualitas lingkungan dengan mengurangi secara signifikan pemakaian semen dalam pembuatan beton. 14 | P a g e IV. METODE PENELITIAN 4.1. Pendahuluan Tahapan penelitian yang dilakukan selama tiga tahun ditunjukkan dalam tahapan penelitian berikut ini: 2014 2015 High volume fly ash concrete (HVFA concrete) Normal Strength concrete High strength concrete Materials of research Materials of research - Fly ash class C from 3 different - Fly ash class C from reliable sources sources - Three levels of strength of concrete - Three levels of fly ash contents - Two addition materials i.e : - Two addition materials i.e : o High silica material o High silica material o Lime water as hydration water o Lime water as hydration water 2016 Application of HVFA concrete Self compacting concrete (SCC) Materials for research - Fly ash from reliable sources - Three levels of fly ash contents - Three levels of strength of concrete - Two addition materials, same as in HVFA concrete Test of HVFA concrete - Chemical content of fly ash - Properties of fresh concrete - Mechanical properties of the concrete Test method - Properties of fresh concrete - Mechanical properties of the concrete - Durability properties of the concrete - Bonding test / structural test - Shrinkage test Test of HVFA concrete - Durability properties of the concrete - Bonding test / structural test - Shrinkage test - Microstructure analysis Gambar IV-1Rencana tahapan penelitian Tahapan penelitian yang diajukan dalam penelitian ini (Gambar 3.1) adalah rencana penelitian jangka pendek penelitian (3 tahun) yang merupakan bagian dari rencana penelitian jangka panjang sebagaimana digambarkan dalam peta jalan penelitian (Gambar 2.1). Tahapan penelitian jangka pendek terdiri dari 2 tema penelitian yaitu penelitian tentang High volume Fly ash (HVFA) Concrete dan penelitian tentang aplikasi HVFA concrete. Penelitian tentang HVFA concrete dimaksudkan untuk melakukan analisis rancangan campuran HVFA concrete untuk memproduksi beton dengan kuat tekan mutu normal pada tahun I dan memproduksi beton mutu tinggi pada tahun II. Sedangkan penelitian tentang aplikasi HVFA concrete dilaksanakan dengan memanfaatkan HVFA concrete dalam pembuatan self compacting concrete. Secara urutan, penelitian pertama dilakukan terlebih dahulu sebagai studi awal untuk memperoleh kesimpulan sifat properties HVFA concrete. Setelah diperoleh properties dasar HVFA concrete maka dapat dilanjutkan penelitian tentang aplikasi HVFA concrete 15 | P a g e dalam pembuatan teknologi beton yang lain yaitu self compacting concrete (SCC). Kedua penelitian dilakukan secara simultan, dalam pengertian pada 3 tahun masa penelitian, penelitian dilakukan secara menerus dan data yang diperoleh akan saling melengkapi agar diperoleh data penelitian yang lengkap sehingga dapat ditulis dalam sebuah jurnal yang bereputasi International. 4.2. Uraian penelitian tahun pertama Gambar IV-2 Urutan kegiatan penelitian tahun I A. Persiapan bahan penelitian 1. Fly ash yang digunakan berasal dari 3 sumber yang berbeda yaitu dari PLTU Jepara, PLTU mini, dan fly ash yang beredar di pasaran untuk memperoleh data properties fly ash yang beredar di masyarakat. 2. Untuk memperkaya kandungan silika dalam fly ash digunakan bahan silica fume dan abu sekam padi. 3. Air yang digunakan mencampur beton berupa air kapur, agar mempercepat reaksi hidrasi semen. B. Rancangan campuran beton 1. Metode rancangan campuran yang digunakan adalah metode DOE (Departemen of Environment) 2. Mutu beton yang dipakai ada 3 buah yaitu fc’ = 15 MPa, fc’ = 25 MPa, dan fc’ = 35 MPa. C. Perawatan 16 | P a g e Perawatan yang digunakan adalah dengan perendaman dalam air hingga berumur 56 hari. D. Pengujian 1. Pengujian kandungan kimia dilakukan terhadap fly ash, silica fume dan abu sekam padi. 2. Pengujian kuat tekan dilakukan untuk mengetahui perkembangan kuat tekan beton (3, 7, 14, 21, 28, 56, 91 hari). 3. Pengujian splitting test, lentur beton, modulus elastisitas, berat volume dan kadar air dilakukan pada umur 28, 56 dan 91 hari. E. Analisis Analisis dilakukan untuk mengetahui sifat properties beton berdasarkan data-data pengu

Dokumen baru

Aktifitas terkini

Download (77 Halaman)
Gratis

Dokumen yang terkait

Analisa Pemanfaatan Fly Ash Sebagai Substitusi Semen Terhadap Sifat Mekanik Beton Kertas
4
64
109
Pemanfaatan Limbah Kaleng Bekas Sebagai Serat Dan Penambahan Fly Ash Terhadap Sifat Mekanis Beton
11
120
83
Pemanfaatan Limbah Abu Boiler dan Fly Ash sebagai Subsider Semen dalam Campuran Beton
7
99
112
Pembuatan Paving Block Dengan Menggunakan Limbah Las Karbit Sebagai Bahan Additif Dengan Perekat Limbah Padat Abu Terbang Batubara (Fly Ash) Pltu Labuhan Angin Sibolga
9
70
81
Pembuatan Paving Block Dengan Menggunakan Limbah Abu Boiler PKS Gunung Bayu Sebagai Bahan Pengisi Dengan Perekat Alternatif Limbah Fly Ash PLTU Sibolga
2
44
97
Pemanfaatan Abu Sekam Padi (Rice Husk Ash) Pada Pembuatan Batako Dengan Tambahan Perekat Limbah Padat Abu Terbang Batubara (Fly Ash) Sibolga
3
42
94
Penggunaan Serat Alami Limbah Ampas Tebu (BAGGASE) PTPN II Sei Semayang Dan Perekat Abu Terbang Batu Bara Pltu Sibolga (FLY ASH) Substitusi Semen Pada Pembuatan Genteng
3
40
90
Pemanfaatan Limbah Abu Terbang (FLY ASH) Batubara Dan Kulit Kerang Sebagai Bahan Substitusi Semen Serta Limbah Beton Sebagai Pengganti Pasir Dalam Pembuatan Bata Beton
3
84
149
Pemanfaatan Limbah Abu Terbang Batubara (Fly Ash) Pltu Sibolga Dengan Serat Sintetis Ban Bekas (Scrab Tire Rubber) CV.Persahabatan Tj. Morawa Pada Pembuatan Batako
7
66
84
Pengaruh Konsentrasi Klorida Terhadap Laju Penetrasi Ion Klorida Ke Dalam Beton High Volume Fly Ash-Self Compacting Concrete (HVFA-SCC)
0
0
7
Pemanfaatan Fly Ash dan Alkali Resistant Glass Fibre (ARG) dalam Pembuatan Paving Block
0
1
5
Degradasi Kuat Tekan Beton Tipe High Volume Fly Ash-Self Compacting Concrete Akibat Serangan Asam
1
1
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum - Pemanfaatan Limbah Kaleng Bekas Sebagai Serat Dan Penambahan Fly Ash Terhadap Sifat Mekanis Beton
0
3
32
Pemanfaatan Limbah Abu Boiler dan Fly Ash sebagai Subsider Semen dalam Campuran Beton
0
0
51
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang - Pemanfaatan Limbah Abu Boiler dan Fly Ash sebagai Subsider Semen dalam Campuran Beton
0
0
9
Show more